Une étude, dont les résultats intitulés «Turbulence of weak gravitational waves in the early Universe» ont été publiés dans la revue Physical Review Letters, a permis de soulever un coin du voile sur la physique à l’œuvre dans l’Univers très primordial en parvenant à décrire le comportement non-linéaire des ondes gravitationnelles.

A l'heure où nous vivons «une véritable révolution avec la multiplication d’observations directes d’ondes gravitationnelles», l'étude ici présentée a analysé «le comportement non-linéaire d’un ensemble aléatoire d’ondes gravitationnelles de faible amplitude»: un tel comportement est attendu «dans des cas extrêmes tels que l’environnement des trous noirs ou l’Univers très primordial», car autour de 10^-36s «une brisure de symétrie de la Théorie de Grande Unification» (*) est prédite «qui, selon certains scénarii, pourrait mener à une transition de phase du premier ordre entraînant la génération de bulles de vide» dont les collisions «seraient une source puissante d’ondes gravitationnelles».

Cette étude donne ainsi «par un développement mathématique rigoureux, les équations de la turbulence d’ondes gravitationnelles ainsi que leurs solutions». Ces calculs «basés sur les équations de la relativité générale qui sont supposées être valables au-delà du temps de Planck (10^-43s)» indiquent «qu’un forçage initial de la métrique espace-temps autour d’un nombre d’onde kF mène à l’excitation de fluctuations de la métrique à des nombres d’ondes plus grands et plus petits que kF».

Alors que «dans le premier cas, la cascade directe vers les petites échelles est limitée par l’échelle de Planck sous laquelle la gravité quantique domine», dans le deuxième cas, «la cascade inverse est explosive avec en principe la possibilité d’exciter des fluctuations de kF à k=0 (échelle infinie) en un temps fini». Comme le mécanisme s’arrête «à l’échelle où la turbulence devient forte», cette cascade inverse «fournit un mécanisme efficace pour homogénéiser les fluctuations primordiales de l’Univers».

Cette étude ouvre ainsi «des perspectives excitantes car de récents travaux numériques démontrent que la métrique espace-temps autour des trous noirs est sujette à un phénomène de cascade inverse qui reste à comprendre». D'autre part, ces calculs laissent également «entrevoir la possibilité d’un mécanisme d’expansion accélérée de l’Univers primordial par des effets non-linéaires si en particulier (ce n’est pas la seule condition) le mécanisme de transfert inverse peut s’étendre au régime de turbulence forte».

Lien externe complémentaire (source Wikipedia)

(*) Grande Unification